将水变成冰会引发外太阳系的喷发

水！地球上水资源丰富。我们中的许多人甚至不觉得水是一种多么奇特的物质，因为它在地球上如此普遍。水最奇怪的特性之一是它在结冰时会膨胀，而不是像绝大多数其他物质那样收缩。水结冰时体积的这种奇怪增加是有后果的。在地球上，这种转化可以通过水在结冰和解冻时的膨胀和收缩，将坚硬的岩石变成碎片。水在从液态变为固态的过程中是强大的变革力量。

问题是，地球上的水是一种真正的异常现象。地球表面没有其他地方有如此多的液态水。如果你看看太阳系的其他地方，水通常以固态形式存在于小行星、彗星或外行星的卫星表面。其中一些卫星，如木星周围的木卫二、卡利斯托和木卫三，土星周围的土卫二，天王星周围的特里同，甚至冥王星等矮行星，都被可能厚达数百英里的冰层覆盖。

冰如岩石，水如熔岩

这些天体内部越往深处温度越高，压力也越大，水的熔点就越低。如果冰层中含有任何盐分，可以进一步降低熔点，那么冰层中就很有可能存在液态水区域，甚至在冰壳下方存在巨大的液态海洋。

在很多方面，在这些冰冷的卫星上，水和冰的运动方式与地球上的岩浆和岩石非常相似。液态水可以储存在冰壳中，但如果压力条件合适，这些液态水就会像地球上的熔岩一样喷发到地表。然而，这种冰火山（cryovolcanism）的成因并不完全清楚。

在地球上，岩浆通过地壳上升并喷发，因为它比周围的固体岩石密度小。压力不断累积，是因为上升到地壳的岩浆量以及这种密度较低、温度较高的岩浆持续的浮力。

对于大多数冰冷的星球来说，情况并非如此。冰块和冰山会做什么？它们会漂浮！这是因为冰的密度比液态水低（这是水的又一个奇怪之处），所以按照这个逻辑，液态水不应该穿过固体冰壳上升。不应该有冰火山。

让水喷发（即使不应该）

然而，我们在木卫二等星球的表面看到了它的证据。如果没有天然的浮力来支撑可能喷发的液体，我们如何才能实现冰火山呢？Elodie Lesage 等人在《行星科学杂志》上发表的一些新研究 表明，冰方便的体积变化可能才是关键。

他们模拟了木卫二等星球冰壳中的液态水体在结冰时的反应。他们发现，在适当的条件下，液态水体在边缘结冰时会产生压力。随着冰的形成，它占据的空间比原来的液态水更大，所以剩余的液态水空间就变小了……从而增加了压力。

结果表明，要实现这一点，你需要位于冰壳相对较浅的区域。正如我们在地球上的冰川和冰盖中所知，在压力下，冰会流动——也就是说，它在受到应力时会变形。所以，如果液态水体位于木卫二冰壳深处，周围的冰只会变形，给液态水提供更多空间，因此不会产生压力。

然而，就像地球上的岩石一样，冰的上层（向下到 2-5 英里/4-8 公里）更易碎。所以，它不会变形来适应体积变化，从而导致压力。Lesage 和她的同事发现，碟形浅层液态水体最有利于产生导致冰火山的加压情况。

因此，由于水的各种奇特性质，如结冰时膨胀、冰在压力和盐分作用下能在更低温度下保持液态的能力，以及冰在压力下会变形等，我们才具备了让液态水喷发到这些卫星表面的火山的合适条件。谁知道呢，也许这些含盐的水池只是潜在的、庞大的、相互连接的液态水网络的迹象，这些网络源自数百英里下的水层……而那里可能正是生命潜藏在太阳系中的地方。